RU2296383C2 - Electrochemical capacitor - Google Patents
Electrochemical capacitor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2296383C2 RU2296383C2 RU2004137643/09A RU2004137643A RU2296383C2 RU 2296383 C2 RU2296383 C2 RU 2296383C2 RU 2004137643/09 A RU2004137643/09 A RU 2004137643/09A RU 2004137643 A RU2004137643 A RU 2004137643A RU 2296383 C2 RU2296383 C2 RU 2296383C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current collector
- polarizable
- electrode
- active material
- polarizable electrode
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 45
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims abstract description 28
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 21
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 10
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 9
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 4
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 4
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 4
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims description 4
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 2
- 241000208202 Linaceae Species 0.000 claims 1
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 claims 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- BFDHFSHZJLFAMC-UHFFFAOYSA-L nickel(ii) hydroxide Chemical class [OH-].[OH-].[Ni+2] BFDHFSHZJLFAMC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 10
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 5
- 150000001447 alkali salts Chemical class 0.000 description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 4
- NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N silver oxide Chemical compound [O-2].[Ag+].[Ag+] NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002482 conductive additive Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L manganese oxide Inorganic materials [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical class [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 2
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001923 silver oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- RQPZNWPYLFFXCP-UHFFFAOYSA-L barium dihydroxide Chemical class [OH-].[OH-].[Ba+2] RQPZNWPYLFFXCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000109 continuous material Substances 0.000 description 1
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 239000011532 electronic conductor Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 235000014413 iron hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- NCNCGGDMXMBVIA-UHFFFAOYSA-L iron(ii) hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Fe+2] NCNCGGDMXMBVIA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 150000002696 manganese Chemical class 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- PPNAOCWZXJOHFK-UHFFFAOYSA-N manganese(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Mn+2] PPNAOCWZXJOHFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 150000002815 nickel Chemical class 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники или, конкретнее, к электрохимическим конденсаторам (конденсаторам с двойным электрическим слоем).The invention relates to the field of electrical engineering or, more specifically, to electrochemical capacitors (capacitors with a double electric layer).
Изобретение может быть использовано для создания устройств, аккумулирующих электрическую энергию, и применено, например, в системах качественного и аварийного энергообеспечения;The invention can be used to create devices that accumulate electrical energy, and is used, for example, in high-quality and emergency power supply systems;
для обеспечения постоянного энергоснабжения при использовании периодически действующих источников энергии;to ensure a constant energy supply when using periodically acting energy sources;
в системах, аккумулирующих энергию рекуперативного торможения на транспорте;in systems that accumulate regenerative braking energy in vehicles;
в качестве тяговых батарей для электротранспорта, в устройствах надежного запуска двигателей внутреннего сгорания.as traction batteries for electric vehicles, in devices for reliable starting of internal combustion engines.
На современном уровне развития техники уже известны конденсаторы, накапливающие энергию в двойном электрическом слое, образующемся на границе электронного проводника и электролита.At the modern level of technology, capacitors are already known that store energy in a double electric layer formed at the boundary of an electronic conductor and an electrolyte.
Известен электрохимический конденсатор, включающий щелочной электролит, поляризуемый электрод, выполненный в основном из углеродного материала, и другой электрод, который является по существу неполяризуемым и содержит в качестве активного материала, в основном, гидроксиды никеля. Пористую структуру коллектора тока неполяризуемого гидроксидноникелевого электрода создают за счет введения в активный материал - гидроксид никеля - электропроводной добавки на основе углерода или никелевого порошка с содержанием около 30 мас.% и 50 мас.% соответственно (А.И.Беляков, «Влияние морфологии и структуры оксидноникелевого электрода на характеристики и продолжительность срока службы угольно-оксидноникелевых электрохимических конденсаторов», The 11th International Seminar on Double Layer Capacitors and Similar Energy Storage Devices. December, 2001, Deerfield Beach, Florida/.An electrochemical capacitor is known, including an alkaline electrolyte, a polarizable electrode made mainly of carbon material, and another electrode that is essentially non-polarizable and contains mainly nickel hydroxides as an active material. The porous structure of the non-polarizable hydroxide-nickel electrode current collector is created by introducing into the active material - nickel hydroxide - an electrically conductive additive based on carbon or nickel powder with a content of about 30 wt.% And 50 wt.%, Respectively (A.I. Belyakov, “Effect of morphology and Nickel Oxide Electrode Capacitor Capacitors and Similar Energy Storage Devices. December 11, 2001, Deerfield Beach, Florida. The 11th International Seminar on Double Layer Capacitors and Similar Energy Storage Devices.
В известной конструкции активная масса с электропроводной добавкой напрессована на токоведущую основу.In a known design, an active mass with an electrically conductive additive is pressed onto a current-carrying base.
Гидроксидноникелевые электроды, получаемые известным способом, не обладают необходимыми для работы в составе электрохимического конденсатора мощностными и ресурсными характеристиками.Hydroxide-nickel electrodes obtained in a known manner do not have the power and resource characteristics necessary for operation as part of an electrochemical capacitor.
У конденсаторов с известными электродами наблюдают снижение характеристик при ресурсных испытаниях из-за окисления электропроводной добавки. Срок службы конденсаторов при выдержке при постоянном напряжении 1.2 В при комнатной температуре составил не более 2000 часов.For capacitors with known electrodes, a decrease in performance during life tests is observed due to oxidation of the conductive additive. The service life of the capacitors when holding at a constant voltage of 1.2 V at room temperature was no more than 2000 hours.
Наиболее близким к заявляемому решению по технической сущности и достигаемому эффекту является электрохимический конденсатор, включающий щелочной электролит, по крайней мере, один поляризуемый электрод, состоящий из коллектора тока и активного материала, выполненного в основном из активированного углеродного материала, и, по крайней мере, один неполяризуемый электрод, коллектор тока которого имеет часть с пористой структурой, в порах которой расположен активный материал, способный обратимо окисляться и восстанавливаться в среде щелочного электролита (US Patent №6181546 по кл. H 01 L 9/00, 1999 г.).The closest to the claimed solution in terms of technical nature and the effect achieved is an electrochemical capacitor comprising an alkaline electrolyte, at least one polarizable electrode, consisting of a current collector and active material made mainly of activated carbon material, and at least one non-polarizable electrode, the collector of the current of which has a part with a porous structure, in the pores of which there is an active material capable of reversibly oxidizing and reducing in the medium electrolyte (US Patent No. 6181546 according to class H 01 L 9/00, 1999).
В известном конденсаторе коллектор тока неполяризуемого электрода выполнен из спеченного никелевого порошка и полимерного войлока, металлизированного никелем, а коллектор тока поляризуемого электрода выполнен из меди, серебра или никеля, покрытого серебром или золотом.In the known capacitor, the non-polarizable electrode current collector is made of sintered nickel powder and nickel metallized polymer felt, and the polarizable electrode current collector is made of copper, silver or nickel coated with silver or gold.
Спеченные и волокновые гидроксидноникелевые электроды при определенной оптимизации их толщины и содержания активного материала, а также подборе соответствующих добавок вполне удовлетворяют требованиям для неполяризуемого электрода электрохимического конденсатора, а именно имеют высокие мощностные характеристики в широком диапазоне температур (от -50 до +60°С), ресурс более 500000 циклов и срок службы более 10 лет.Sintered and fiber hydroxide-nickel electrodes, with a certain optimization of their thickness and active material content, as well as the selection of appropriate additives, fully satisfy the requirements for a non-polarizable electrode of an electrochemical capacitor, namely they have high power characteristics in a wide temperature range (from -50 to + 60 ° C), a resource of more than 500,000 cycles and a service life of more than 10 years.
Однако недостатком известной конструкции является сложность реализации высокой мощности. Увеличение мощности конденсатора напрямую связано с уменьшением толщины электродов и увеличением их числа в конденсаторе.However, a disadvantage of the known design is the difficulty of implementing high power. An increase in capacitor power is directly related to a decrease in the thickness of the electrodes and an increase in their number in the capacitor.
Технология спеченного и волоконного электродов ограничивает изготовление электродов толщиной менее 200 мкм, к тому же требует сложных технологических процессов, использования водородных печей и дорогих реактивов.The technology of sintered and fiber electrodes limits the manufacture of electrodes with a thickness of less than 200 microns, and also requires complex technological processes, the use of hydrogen furnaces and expensive reagents.
Задачей предлагаемого изобретения является увеличение мощности электрохимического конденсатора при сохранении его удельной энергии.The objective of the invention is to increase the power of the electrochemical capacitor while maintaining its specific energy.
Технический результат в предлагаемом изобретении достигают созданием электрохимического конденсатора, включающего щелочной электролит, по крайней мере, один поляризуемый электрод, состоящий из коллектора тока и активного материала, выполненного в основном из активированного углеродного материала, и, по крайней мере, один неполяризуемый электрод, коллектор тока которого имеет часть с пористой структурой, в порах которой расположен активный материал, способный обратимо окисляться и восстанавливаться в среде щелочного электролита, в котором, согласно изобретению, коллекторы тока поляризуемого и неполяризуемого электродов выполнены в основном из железа, а поверхность коллекторов тока обоих электродов имеет слой из электропроводного материала, устойчивого к электрохимической коррозии в среде щелочного электролита.The technical result in the present invention is achieved by creating an electrochemical capacitor including an alkaline electrolyte, at least one polarizable electrode, consisting of a current collector and active material made mainly of activated carbon material, and at least one non-polarizable electrode, a current collector which has a part with a porous structure, in the pores of which there is an active material capable of reversibly oxidizing and reducing in an alkaline electrolyte environment, in torus, according to the invention, the current collector of the polarizable and non-polarizable electrode made mainly of iron, and the surface of both electrode current collector having a layer of electrically conductive material resistant to galvanic corrosion in an alkali electrolyte medium.
Металлическое железо в щелочном электролите устойчиво к разрушению за счет пассивации и образования на поверхности слоя из оксидных материалов, что не позволяет иметь хороший контакт с активным материалом поляризуемого электрода из активированного углерода и активным материалом неполяризуемого электрода.Metallic iron in an alkaline electrolyte is resistant to destruction due to passivation and the formation of a layer of oxide materials on the surface, which does not allow good contact with the active material of a polarizable activated carbon electrode and the active material of a non-polarizable electrode.
При этом металлическое железо сочетает дешевизну и высокую электропроводность, поэтому может выполнять роль коллектора тока неполяризуемого электрода.At the same time, metallic iron combines low cost and high electrical conductivity, therefore, it can act as a current collector of a non-polarizable electrode.
Для обеспечения необходимого хорошего контакта активного материала с коллектором тока поверхность коллекторов тока поляризуемого и неполяризуемого электродов, в том числе поверхность пор неполяризуемого электрода имеет слой из материала, устойчивого к электрохимической коррозии в среде щелочного электролита. Этот слой имеет необходимый электрический контакт с железным коллектором и активным материалом электрода.To ensure the necessary good contact of the active material with the current collector, the surface of the current collectors of polarizable and non-polarizable electrodes, including the pore surface of the non-polarizable electrode, has a layer of material resistant to electrochemical corrosion in an alkaline electrolyte environment. This layer has the necessary electrical contact with the iron collector and the active electrode material.
При этом слой может быть не сплошным и не защищать железный коллектор от коррозии, поскольку при рабочих потенциалах электрода железо находится в пассивном состоянии.In this case, the layer may not be continuous and may not protect the iron collector from corrosion, since at the working potentials of the electrode, the iron is in a passive state.
Изобретение характеризуется также тем, что слой на поверхности коллектора тока неполяризуемого электрода может быть выполнен из углерода, и/или карбида, и/или металла, например платинового металла (рутения, родия, палладия, платины, осмия, иридия), кобальта, никеля, также их сплавов, карбидов и их различных комбинаций.The invention is also characterized in that the layer on the surface of the current collector of the non-polarizable electrode can be made of carbon and / or carbide and / or metal, for example platinum metal (ruthenium, rhodium, palladium, platinum, osmium, iridium), cobalt, nickel, also their alloys, carbides and their various combinations.
Предлагаемые материалы устойчивы к коррозии в среде щелочного электролита и имеют хороший контакт как с железным коллектором, так и с активным материалом электрода.The proposed materials are resistant to corrosion in an alkaline electrolyte environment and have good contact with both the iron collector and the active electrode material.
В соответствии с изобретением слой на поверхности коллектора тока поляризуемого электрода выполнен из углерода и/или металла, например платинового металла (рутения, родия, палладия, платины, осмия, иридия), кобальта, никеля, меди, серебра, а также их сплавов, карбидов и их различных комбинаций.According to the invention, the layer on the surface of the current collector of the polarizable electrode is made of carbon and / or metal, for example platinum metal (ruthenium, rhodium, palladium, platinum, osmium, iridium), cobalt, nickel, copper, silver, as well as their alloys, carbides and their various combinations.
Углеродное покрытие коллектора тока поляризуемого электрода может быть нанесено на коллектор путем пиролиза углеводородов.The carbon coating of the current collector of a polarizable electrode can be applied to the collector by pyrolysis of hydrocarbons.
Металл может быть нанесен гальванически или напылением.The metal may be galvanized or sprayed.
Изобретение характеризуется тем, что коллектор тока поляризуемого электрода заявляемого конденсатора может быть выполнен из меди, поскольку обнаружено, что медь является устойчивой к коррозии в широком диапазоне рабочих напряжений конденсатора.The invention is characterized in that the current collector of the polarizable electrode of the inventive capacitor can be made of copper, since it is found that copper is resistant to corrosion in a wide range of capacitor operating voltages.
В предлагаемом изобретении пористая часть коллектора тока неполяризуемого электрода может быть изготовлена из железного материала с высокой поверхностью, например из порошка или волокон.In the present invention, the porous portion of the current collector of a non-polarizable electrode can be made of iron material with a high surface, such as powder or fibers.
Для повышения электропроводности порошок и войлок могут быть спечены в восстановительной атмосфере.To increase electrical conductivity, the powder and felt can be sintered in a reducing atmosphere.
Для упрощения технологии пористая часть коллектора тока, выполненного в основном из железа, может быть изготовлена из сплошного материала, поверхность которого обработана механическим способом, например, с помощью стальных щеток или электрохимическим, например путем электрохимического травления железной ленты в водном электролите.To simplify the technology, the porous part of the current collector, made mainly of iron, can be made of a continuous material, the surface of which is machined, for example, using steel brushes or electrochemical, for example by electrochemical etching of an iron tape in an aqueous electrolyte.
Активный материал неполяризуемого электрода в предлагаемом изобретении может быть выполнен на основе гидроксидов никеля, или гидроксидов и оксидов других металлов: марганца, железа, меди, серебра. Данные материалы могут обратимо окисляться и восстанавливаться в среде щелочного электролита практически при постоянном потенциале и выполнять роль неполяризуемого электрода.The active material of the non-polarizable electrode in the present invention can be made on the basis of nickel hydroxides, or hydroxides and oxides of other metals: manganese, iron, copper, silver. These materials can be reversibly oxidized and reduced in an alkaline electrolyte environment with almost constant potential and act as an non-polarizable electrode.
При заряде и разряде конденсатора на поляризуемом электроде из активированного углеродного материала происходит заряд и разряд двойного электрического слоя, что приводит к изменению потенциала электрода.When a capacitor is charged and discharged on a polarizable electrode of activated carbon material, a double electric layer is charged and discharged, which leads to a change in the electrode potential.
Процессы, обратимо протекающие на неполяризуемом электроде из гидроксидов никеля, можно проиллюстрировать следующим уравнением:The processes reversibly occurring on an unpolarizable electrode of nickel hydroxides can be illustrated by the following equation:
Эти процессы проходят преимущественно при потенциале около +0,43 В относительно водородного электрода сравнения, поэтому электрод является по существу неполяризуемым.These processes take place predominantly at a potential of about +0.43 V relative to the hydrogen reference electrode, therefore, the electrode is substantially non-polarizable.
Процессы, обратимо протекающие на неполяризуемом электроде из оксидов меди, можно проиллюстрировать следующим уравнением:The processes reversibly occurring on an non-polarizable electrode of copper oxides can be illustrated by the following equation:
Эти процессы проходят преимущественно при потенциале около -0,3 В относительно водородного электрода сравнения, поэтому электрод является по существу неполяризуемым.These processes take place predominantly at a potential of about −0.3 V relative to the hydrogen reference electrode, therefore, the electrode is substantially non-polarizable.
Процессы, обратимо протекающие на неполяризуемом электроде из оксидов серебра, можно проиллюстрировать следующим уравнением:The processes reversibly occurring on an unpolarizable silver oxide electrode can be illustrated by the following equation:
Эти процессы проходят преимущественно при потенциале около +0,56 В относительно водородного электрода сравнения, поэтому электрод является по существу неполяризуемым.These processes take place predominantly at a potential of about +0.56 V relative to the hydrogen reference electrode, therefore, the electrode is substantially non-polarizable.
Процессы, обратимо протекающие на неполяризуемом электроде из гидроксидов и оксидов железа, можно проиллюстрировать следующим уравнениями:The processes reversibly occurring on an unpolarizable electrode of hydroxides and iron oxides can be illustrated by the following equations:
При работе конденсатора можно использовать одну из реакций, описанных уравнениями (2) или (3). Эти процессы проходят соответственно при потенциалах около -0,6 и +0,9 В относительно водородного электрода сравнения, поэтому электрод является по существу неполяризуемым.When the capacitor is operating, one of the reactions described by equations (2) or (3) can be used. These processes occur, respectively, at potentials of about -0.6 and +0.9 V relative to the hydrogen reference electrode; therefore, the electrode is substantially non-polarizable.
Процессы, обратимо протекающие на неполяризуемом электроде, содержащем оксиды марганца, можно проиллюстрировать следующим уравнением:The processes reversibly occurring on an non-polarizable electrode containing manganese oxides can be illustrated by the following equation:
Эти процессы проходят в узком интервале потенциалов +0,15-+0,35 В относительно водородного электрода сравнения, поэтому электрод является по существу неполяризуемым.These processes take place in a narrow potential range of + 0.15- + 0.35 V relative to the hydrogen reference electrode, therefore, the electrode is substantially non-polarizable.
Предлагаемое изобретение поясняется нижеследующим описанием конструкции и чертежом, на котором изображен предлагаемый электрохимический конденсатор.The invention is illustrated by the following description of the design and the drawing, which shows the proposed electrochemical capacitor.
Электрохимический конденсатор с щелочным электролитом 1 содержит, по крайней мере, один поляризуемый электрод, состоящий из коллектора тока 2 и активного материала 3, выполненного в основном из активированного углеродного материала, и, по крайней мере, один неполяризуемый электрод, коллектор тока 2 которого имеет часть с пористой структурой 4, в порах которой расположен активный материал 5, способный обратимо окисляться и восстанавливаться в среде щелочного электролита.The alkaline electrolyte electrochemical capacitor 1 comprises at least one polarizable electrode, consisting of a current collector 2 and active material 3, made mainly of activated carbon material, and at least one non-polarizable electrode, the current collector 2 of which has a part with a porous structure 4, in the pores of which the active material 5 is located, capable of reversibly oxidizing and reducing in an alkaline electrolyte environment.
Коллекторы тока поляризуемого и неполяризуемого электродов выполнены в основном из железа. Каждый коллектор тока обоих электродов имеет на поверхности свой слой 6 из материала, устойчивого к электрохимической коррозии в среде щелочного электролита. Причем слои каждого коллектора могут быть из различных материалов, выбираемых в зависимости от технологических условий.The current collectors of polarized and non-polarizable electrodes are made mainly of iron. Each current collector of both electrodes has on its surface a layer 6 of a material resistant to electrochemical corrosion in an alkaline electrolyte environment. Moreover, the layers of each collector can be made of different materials, selected depending on the technological conditions.
Поверхность коллектора тока поляризуемого электрода имеет слой материала 6, который имеет электрический контакт с коллектором тока и активным материалом из углерода 3. Поверхность коллектора тока неполяризуемого электрода, в том числе его пористая часть 4, имеет слой материала 6, который имеет электрический контакт с коллектором тока и активным материалом 5 неполяризуемого электрода, размещенным в порах 4 коллектора тока.The surface of the current collector of the polarizable electrode has a layer of material 6, which is in electrical contact with the current collector and the active material of carbon 3. The surface of the current collector of the non-polarizable electrode, including its porous part 4, has a layer of material 6, which has electrical contact with the current collector and active material 5 non-polarizable electrode, placed in the pores 4 of the current collector.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими примерами.The essence of the invention is illustrated by the following examples.
Пример 1. Поляризуемый электрод конденсатора с размерами 75×70 мм и толщиной 150 мкм включал коллектор тока 2 из железной фольги (100 мкм) с покрытием 6, содержащим углерод и карбид железа, и активный материал 3 в виде пластины из угольного активированного порошка с поверхностью 1500 м2/г и связующим.Example 1. A polarizable electrode of a capacitor with dimensions of 75 × 70 mm and a thickness of 150 μm included a current collector 2 of iron foil (100 μm) with a coating 6 containing carbon and iron carbide, and the active material 3 in the form of a plate of carbon activated powder with a surface 1500 m 2 / g and a binder.
Неполяризуемый гидроксидноникелевый электрод с размерами рабочей поверхности 75×70 мм и толщиной 120 мкм включал железный коллектор тока 2, который имел пористую часть 4 толщиной до 30 мкм, полученную путем механической обработки поверхности железной ленты с помощью стальных щеток. Слой материала 6 на поверхности пор коллектора неполяризуемого электрода состоял из смеси карбида железа и углерода. Активный материал неполяризуемого электрода из гидроксида никеля 5 синтезировался в поровом пространстве коллектора тока путем попеременной пропитки коллектора тока в водном растворе соли никеля и щелочи.The non-polarizable hydroxide-nickel electrode with a working surface of 75 × 70 mm and a thickness of 120 μm included an iron current collector 2, which had a porous part 4 with a thickness of up to 30 μm, obtained by machining the surface of an iron strip using steel brushes. The layer of material 6 on the pore surface of the collector of the non-polarizable electrode consisted of a mixture of iron carbide and carbon. The active material of the non-polarizable nickel hydroxide electrode 5 was synthesized in the pore space of the current collector by alternately impregnating the current collector in an aqueous solution of nickel and alkali salts.
Поляризуемый и неполяризуемый электроды были разделены сепаратором из пористого полимерного материала.The polarizable and non-polarizable electrodes were separated by a separator of porous polymeric material.
В качестве электролита 1 использовали раствор гидроксида калия с концентрацией 6 моль/л. Общий счет пар поляризумых и неполяризуемых электродов в конденсаторе составил 40 шт. Суммарная емкость соединенных параллельно поляризуемых электродов составляла 2200 Ас, неполяризуемых - 4800 Ас. Объем конденсатора составил 0,19 л. Рабочее напряжение конденсатора составляло 1,4 В.As electrolyte 1, a potassium hydroxide solution with a concentration of 6 mol / L was used. The total count of pairs of polarizable and non-polarizable electrodes in the capacitor was 40 pcs. The total capacitance of parallel-connected polarized electrodes was 2200 As, non-polarized - 4800 As. The capacitor volume was 0.19 liters. The operating voltage of the capacitor was 1.4 V.
Пример 2. В отличие от примера 1, активный материал неполяризуемого электрода из гидроксида железа 5 синтезировали в поровом пространстве коллектора тока путем попеременной пропитки коллектора тока в водном растворе соли железа и щелочи. Рабочее напряжение конденсатора составляло 0,4 В.Example 2. In contrast to example 1, the active material of a non-polarizable electrode of iron hydroxide 5 was synthesized in the pore space of the current collector by alternately impregnating the current collector in an aqueous solution of iron and alkali salts. The operating voltage of the capacitor was 0.4 V.
Пример 3. В отличие от примера 1, активный материал неполяризуемого электрода из оксида марганца 5 синтезировали в поровом пространстве коллектора тока путем попеременной пропитки коллектора тока в водном растворе соли марганца и щелочи. Рабочее напряжение конденсатора составляло 1,2 В.Example 3. Unlike example 1, the active material of a non-polarizable manganese oxide electrode 5 was synthesized in the pore space of the current collector by alternately impregnating the current collector in an aqueous solution of manganese salt and alkali. The operating voltage of the capacitor was 1.2 V.
Пример 4. В отличие от примера 1, активный материал неполяризуемого электрода из оксида меди 5 синтезировали в поровом пространстве коллектора тока путем попеременной пропитки коллектора тока в водном растворе соли меди и щелочи. Рабочее напряжение конденсатора составляло 0,7 В.Example 4. Unlike example 1, the active material of a non-polarizable copper oxide electrode 5 was synthesized in the pore space of the current collector by alternately impregnating the current collector in an aqueous solution of copper and alkali salts. The operating voltage of the capacitor was 0.7 V.
Пример 5. В отличие от примера 1, слой материала 6 на поверхности пор 4 коллектора тока неполяризуемого электрода был выполнен из никеля, а активный материал 5 неполяризуемого электрода из гидроксида никеля синтезировался в поровом пространстве коллектора тока путем катодной обработки коллектора тока в водном растворе соли никеля.Example 5. Unlike example 1, the layer of material 6 on the surface of the pores 4 of the current collector of the non-polarizable electrode was made of nickel, and the active material 5 of the non-polarizable electrode of nickel hydroxide was synthesized in the pore space of the current collector by cathodic treatment of the current collector in an aqueous solution of nickel salt .
Пример 6. В отличие от примера 5, слой материала 6 на поверхности пор 4 коллектора тока неполяризуемого электрода был выполнен из платины.Example 6. In contrast to example 5, the layer of material 6 on the surface of the pores 4 of the collector current of the non-polarizable electrode was made of platinum.
Пример 7. В отличие от примера 1, слой материала 6 на поверхности пор 4 коллектора тока неполяризуемого электрода был выполнен из никеля, а активный материал 5 неполяризуемого электрода, содержащий оксиды железа синтезировали в поровом пространстве коллектора тока путем попеременной пропитки коллектора тока в водном растворе соли железа и щелочи.Example 7. Unlike example 1, the layer of material 6 on the surface of the pores 4 of the non-polarizable electrode current collector was made of nickel, and the active material 5 of the non-polarizable electrode containing iron oxides was synthesized in the pore space of the current collector by alternately impregnating the current collector in an aqueous salt solution iron and alkali.
В качестве электролита 1 использовали раствор гидроксидов калия и бария. Рабочее напряжение конденсатора составляло 1,8 В.As electrolyte 1, a solution of potassium and barium hydroxides was used. The operating voltage of the capacitor was 1.8 V.
Пример 8. В отличие от примера 1, активный материал неполяризуемого электрода из оксида серебра 5 синтезировали в поровом пространстве коллектора тока путем попеременной пропитки коллектора тока в водном растворе соли серебра и щелочи. Рабочее напряжение конденсатора составляло 1,6 В.Example 8. In contrast to example 1, the active material of a non-polarizable silver oxide electrode 5 was synthesized in the pore space of the current collector by alternately impregnating the current collector in an aqueous solution of silver and alkali salts. The operating voltage of the capacitor was 1.6 V.
Пример 9. В отличие от примера 1, коллектор тока 2 поляризуемого электрода выполнен из меди (50 мкм), а пористая часть 4 коллектора тока неполяризуемого электрода толщиной до 50 мкм была получена путем электрохимического травления железной ленты в водном электролите.Example 9. Unlike example 1, the current collector 2 of the polarizable electrode is made of copper (50 μm), and the porous part 4 of the current collector of the non-polarizable electrode up to 50 μm thick was obtained by electrochemical etching of an iron tape in an aqueous electrolyte.
Суммарная емкость соединенных параллельно поляризуемых электродов составляла 2200 Ас, неполяризуемых - 8500 Ас.The total capacitance of parallel-connected polarized electrodes was 2200 As, non-polarized - 8500 As.
Пример 10. В отличие от примера 9, коллектор тока 2 поляризуемого электрода выполнен из железа (100 мкм) с покрытием 6 из серебра.Example 10. Unlike example 9, the current collector 2 of the polarizable electrode is made of iron (100 μm) with a coating of 6 of silver.
Пример 11. В отличие от примера 9, коллектор тока 2 поляризуемого электрода выполнен из железа (100 мкм) с покрытием 6, содержащим никель и углерод.Example 11. In contrast to example 9, the current collector 2 of the polarizable electrode is made of iron (100 μm) with a coating 6 containing nickel and carbon.
Пример 12. В отличие от примера 9, коллектор тока 2 поляризуемого электрода выполнен из железа (100 мкм) с покрытием 6, содержащим палладий.Example 12. In contrast to example 9, the current collector 2 of the polarizable electrode is made of iron (100 μm) with a coating 6 containing palladium.
Пример 13. В отличие от примера 1, пористая часть коллектора тока 4 толщиной до 70 мкм была получена путем припекания железного порошка к железной ленте в восстановительной атмосфере.Example 13. In contrast to example 1, the porous part of the current collector 4 with a thickness of up to 70 μm was obtained by baking iron powder to an iron tape in a reducing atmosphere.
Суммарная емкость соединенных параллельно поляризуемых электродов составляла 2200 Ас, неполяризуемых - 12000 Ас.The total capacitance of parallel-connected polarized electrodes was 2200 As, non-polarized - 12000 As.
Характеристики конденсаторов с активным материалом неполяризуемого электрода на основе гидроксидов никеля, описанных в примерах 1, 5, 6, 9-13 в сравнении с прототипом, представлены в таблице.The characteristics of capacitors with the active material of a non-polarizable electrode based on nickel hydroxides described in examples 1, 5, 6, 9-13 in comparison with the prototype are presented in the table.
Характеристики конденсаторовTable
Capacitor Characteristics
Из таблицы следует, что изготовленные в соответствии с предлагаемым изобретением конденсаторы имеют одинаковую удельную емкость и энергию по сравнению с конденсатором, описанным в прототипе, но превосходят его по мощностным характеристикам.From the table it follows that the capacitors made in accordance with the invention have the same specific capacitance and energy compared to the capacitor described in the prototype, but surpass it in power characteristics.
Благодаря железным коллекторам описанные в примерах конденсаторы значительно дешевле конденсатора, описанного в прототипе.Thanks to the iron collectors, the capacitors described in the examples are much cheaper than the capacitor described in the prototype.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004137643/09A RU2296383C2 (en) | 2004-12-23 | 2004-12-23 | Electrochemical capacitor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004137643/09A RU2296383C2 (en) | 2004-12-23 | 2004-12-23 | Electrochemical capacitor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2296383C2 true RU2296383C2 (en) | 2007-03-27 |
Family
ID=37999335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004137643/09A RU2296383C2 (en) | 2004-12-23 | 2004-12-23 | Electrochemical capacitor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2296383C2 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2528076A2 (en) | 2011-05-27 | 2012-11-28 | Saft | Negative electrode for an asymmetric supercapacitor with nickel hydroxide positive electrode and alkali electrolyte and method for manufacturing same |
| RU2573387C2 (en) * | 2011-02-21 | 2016-01-20 | Джапан Капаситор Индастриал Ко., Лтд. | Electrode foil, current tap, electrode and element for electric energy accumulation with their usage |
| RU2611722C1 (en) * | 2015-11-16 | 2017-02-28 | Игорь Николаевич Варакин | Method of production of non-polarizable electrode for electrochemical capacitor |
| RU2695773C1 (en) * | 2018-03-29 | 2019-07-26 | Игорь Николаевич Варакин | Solid-state electrochemical capacitor |
| RU205784U1 (en) * | 2021-04-29 | 2021-08-11 | Акционерное общество "Энергия" (АО "Энергия") | ELECTROCHEMICAL CAPACITOR |
| RU2784889C2 (en) * | 2020-03-25 | 2022-11-30 | Общество с ограниченной ответственностью "Энергокристалл" | Supercapacitor for systems of autonomous power supply and portable start of motor vehicles |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4761713A (en) * | 1987-11-06 | 1988-08-02 | North American Philips Corp. | Glycol based mid-volt capacitor |
| GB2182203B (en) * | 1985-10-25 | 1988-12-14 | Nippon Chemicon | An electrolyte for electrolytic capacitor |
| US4957827A (en) * | 1988-07-08 | 1990-09-18 | Battery Technologies Inc. | Rechargeable alkaline manganese cells with zinc anodes |
| RU2125313C1 (en) * | 1997-08-29 | 1999-01-20 | Попов Андрей Вениаминович | Capacitor with double electric layer |
| US6181546B1 (en) * | 1999-01-19 | 2001-01-30 | Aktsionernoe Obschestvo Zakrytogo Tipa “Elton” | Double layer capacitor |
| RU2183877C2 (en) * | 1999-08-27 | 2002-06-20 | Закрытое акционерное общество "ЭЛЛИТ ХОЛДИНГ" | Electrochemical capacitor with double electric layer |
-
2004
- 2004-12-23 RU RU2004137643/09A patent/RU2296383C2/en active IP Right Revival
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2182203B (en) * | 1985-10-25 | 1988-12-14 | Nippon Chemicon | An electrolyte for electrolytic capacitor |
| US4761713A (en) * | 1987-11-06 | 1988-08-02 | North American Philips Corp. | Glycol based mid-volt capacitor |
| US4957827A (en) * | 1988-07-08 | 1990-09-18 | Battery Technologies Inc. | Rechargeable alkaline manganese cells with zinc anodes |
| RU2125313C1 (en) * | 1997-08-29 | 1999-01-20 | Попов Андрей Вениаминович | Capacitor with double electric layer |
| US6181546B1 (en) * | 1999-01-19 | 2001-01-30 | Aktsionernoe Obschestvo Zakrytogo Tipa “Elton” | Double layer capacitor |
| RU2183877C2 (en) * | 1999-08-27 | 2002-06-20 | Закрытое акционерное общество "ЭЛЛИТ ХОЛДИНГ" | Electrochemical capacitor with double electric layer |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2573387C2 (en) * | 2011-02-21 | 2016-01-20 | Джапан Капаситор Индастриал Ко., Лтд. | Electrode foil, current tap, electrode and element for electric energy accumulation with their usage |
| US9418796B2 (en) | 2011-02-21 | 2016-08-16 | Japan Capacitor Industrial Co., Ltd. | Electrode foil, current collector, electrode, and electric energy storage element using same |
| EP2528076A2 (en) | 2011-05-27 | 2012-11-28 | Saft | Negative electrode for an asymmetric supercapacitor with nickel hydroxide positive electrode and alkali electrolyte and method for manufacturing same |
| RU2611722C1 (en) * | 2015-11-16 | 2017-02-28 | Игорь Николаевич Варакин | Method of production of non-polarizable electrode for electrochemical capacitor |
| RU2695773C1 (en) * | 2018-03-29 | 2019-07-26 | Игорь Николаевич Варакин | Solid-state electrochemical capacitor |
| RU2784889C2 (en) * | 2020-03-25 | 2022-11-30 | Общество с ограниченной ответственностью "Энергокристалл" | Supercapacitor for systems of autonomous power supply and portable start of motor vehicles |
| RU205784U1 (en) * | 2021-04-29 | 2021-08-11 | Акционерное общество "Энергия" (АО "Энергия") | ELECTROCHEMICAL CAPACITOR |
| RU2823037C1 (en) * | 2023-07-28 | 2024-07-17 | Акционерное общество "Энергия" (АО "Энергия") | Method of making non-polarizable electrode of electrochemical capacitor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10720640B2 (en) | Aluminum-based metal-air batteries | |
| US4248682A (en) | Carbon-cloth-based electrocatalytic gas diffusion electrodes, assembly and electrochemical cells comprising the same | |
| CN100343930C (en) | Capacitor with dual electric layer | |
| JP4264198B2 (en) | Capacitor with double electrical layer | |
| AU2003292419B2 (en) | Electrochemical cell suitable for use in electronic device | |
| EP1365427B1 (en) | Electric double layer capacitor | |
| JPH10507881A (en) | Double-layer condenser | |
| JP2008544543A (en) | Heterogeneous electrochemical supercapacitor and method for producing the same | |
| RU2279148C2 (en) | High electron conduction compound, electrochemical cell electrode incorporating this compound, method for electrode manufacture, and electrochemical cell | |
| RU2296383C2 (en) | Electrochemical capacitor | |
| US9397345B2 (en) | Cathodes for lithium-air battery cells with acid electrolytes | |
| JP4894282B2 (en) | Electric double layer capacitor | |
| RU45201U1 (en) | ELECTROCHEMICAL CAPACITOR | |
| EP1724797A2 (en) | Electric double layer capacitor, control method thereof, and energy storage system using the same | |
| JP2020196944A (en) | Reduction reaction electrode, and reaction device using the same | |
| RU2121728C1 (en) | Electrochemical energy storage | |
| KR102801846B1 (en) | Method for manufacturing Electric Double Layer Capacitor with high voltage | |
| US20240105393A1 (en) | Cathode and electrolytic capacitor | |
| JP2006080335A (en) | Electrochemical capacitor | |
| JP2014063789A (en) | Electrical double-layer capacitor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071224 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20090220 |
|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20100610 |
|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20100720 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20120813 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: SUB-LICENCE Effective date: 20130613 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131224 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20141020 |